污水工程頂管施工技術(shù)應(yīng)用方案

董智杰

（河北省水利工程局，石家莊050000）

頂管施工技術(shù)作為一種非開挖工程技術(shù)手段在市政管道鋪設(shè)、城市軌道基建、水利引水隧洞掘進(jìn)等工程上應(yīng)用廣泛，該技術(shù)能夠有效減少對地上建筑物及交通的影響，并且在穩(wěn)定土層和保護(hù)環(huán)境等方面有較大優(yōu)勢。19世紀(jì)末，美國將頂管施工技術(shù)應(yīng)用到北太平洋鐵路的鋪設(shè)開啟了頂管施工在實(shí)際工程運(yùn)用上的先河。此后，日本、德國等國家紛紛將此施工技術(shù)應(yīng)用到其城市基礎(chǔ)建設(shè)中。我國于建國初期首次在北京某污水管道埋設(shè)上試用了頂管法施工，取得了很好效果。隨后我國上海、南京等城市相繼引入頂管施工技術(shù)在城市排水、供水、污水處理工程上，頂管施工技術(shù)開始逐步發(fā)展起來。目前頂管施工技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展相對比較成熟，但實(shí)際工程應(yīng)用方面相比國外我國較少，國內(nèi)的一些頂管施工技術(shù)方案只能針對特定的工程背景，對于某些頂管施工工程不具有參考意義。本文以北京大興區(qū)周梨路污水工程采用頂管施工技術(shù)為例，闡述了如何應(yīng)用該施工技術(shù)，提供給同類工程施工借鑒與參考。

1 工程概況

本工程位于北京市大興區(qū)周梨路（北高各莊～魏永路），管線全長2465.5m，檢查井61座；埋深3.5～7m設(shè)計(jì)污水干管。設(shè)計(jì)污水干管管徑D=500mm，自南向北接入魏永路D=800mm設(shè)計(jì)污水干管。沿途設(shè)置D=400mm污水支線，接納周圍村莊污水，管道采用鋼筋混凝土鋼承口管道（Ⅲ級），頂管方式施工。沿線設(shè)27座工作井、29座接收井，長2233.5m，明挖施工232m。頂管工作坑分為頂進(jìn)坑與接收坑，工作坑平面為矩型，其中頂進(jìn)坑27座，內(nèi)凈空尺寸4.0m×6.0m；接收坑有29座，內(nèi)凈空尺寸4.0m×4.0m，工作坑深3.5～7.0m。工作坑為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，采用只設(shè)初期支護(hù)倒掛井壁法施工，井壁及底板厚250mm。施工完成后直接將工作坑回填，不拆除。

2 頂管施工

2.1 施工方式

周梨路設(shè)計(jì)污水干管，管徑D=500mm，自南向北接入魏永路D=800mm設(shè)計(jì)污水干管。沿途設(shè)置D=400mm污水支線，管材采用鋼筋混凝土鋼承口管道（Ⅲ級）。DN500/DN400管道，屬于小口徑頂管，因此使用小型鉆頂施工方式。

2.2 小型鉆頂施工

2.2.1 后背墻的設(shè)計(jì)安裝

采用混凝土結(jié)構(gòu)與鋼桶設(shè)計(jì)組成機(jī)械式頂管的后背結(jié)構(gòu)；后背鋼桶的厚度為0.2m，高度1.8m；將鋼桶安裝在與后背墻垂直的地面上，使用C20強(qiáng)度的素混凝土填充鋼桶與后背墻之間產(chǎn)生的間隙； 頂進(jìn)坑后背要滿足頂管頂進(jìn)過程中頂進(jìn)機(jī)的最大頂力；鋼桶中心要保持與頂進(jìn)管道在一條軸線上，防止偏心引起不穩(wěn)；后背的安裝偏差控制：垂直度控制在后背高度的0.1%以內(nèi)，水平扭轉(zhuǎn)度控制在后背寬度0.1%以內(nèi)。

2.2.2 推進(jìn)機(jī)臺、機(jī)臺底座、激光經(jīng)緯儀安裝

后背混凝土施工完成后，根據(jù)管道中心軸線安裝推進(jìn)機(jī)臺底座及機(jī)臺，將機(jī)臺與頂進(jìn)坑底板固定牢固，要求施工中不得移動。按設(shè)計(jì)給定的方向及坡度安裝指向激光經(jīng)緯儀。

2.3 頂管頂進(jìn)施工

（1）將先導(dǎo)管頂進(jìn)入土，按照激光指定的方向，調(diào)整先導(dǎo)管方向，使得激光點(diǎn)始終照射到光靶中心。

（2）先導(dǎo)管鉆頭進(jìn)入土體1.0m后，將出土外管安放到頂進(jìn)臺中心，將先導(dǎo)管與出土外管連接。

（3）出土螺旋管放入頂進(jìn)臺中心后端，開動頂鎬，將出土螺旋管頂入出土外管中心，轉(zhuǎn)動機(jī)芯，出土螺旋管旋入先導(dǎo)管后端，連接緊密后，向前頂進(jìn)。每節(jié)出土螺旋管與出土外管長度1.0m，每頂進(jìn)1.0m，進(jìn)行一次出土螺旋管與出土外管的安裝、連接。連續(xù)不停施工，直至先導(dǎo)管至接收坑。

（4）將先導(dǎo)管徐徐推出接收坑洞口后，在出土螺旋管及出土外管后端連接掘進(jìn)機(jī)機(jī)頭，然后將機(jī)頭頂進(jìn)入土，待機(jī)頭全部進(jìn)洞后，安裝機(jī)頭所用的液壓油管及高壓水管。

（5）在導(dǎo)管頂進(jìn)機(jī)頭推進(jìn)過程中，同時(shí)在接收坑進(jìn)行先導(dǎo)管、出土外管及螺旋管的接收、拆除工作。

（6）機(jī)頭后部連接鋼筋混凝土管道，頂進(jìn)過程中，每節(jié)管道均需要油缸推進(jìn)、回縮、安裝液壓油管及高壓水管。每頂進(jìn)1.0m，在接收坑拆除出土外管和螺旋管，在頂進(jìn)坑連接鋼筋混凝土管道，依次循環(huán)，直到機(jī)頭進(jìn)入接收坑內(nèi)，完成整個(gè)頂管施工。

（7）污水管道及檢查井具備閉水條件時(shí)，即可進(jìn)行管道帶井閉水試驗(yàn)。使用磚砌對管道兩端進(jìn)行堵水，磚砌達(dá)到一定強(qiáng)度后，再往閉水段注水。

（8）閉水試驗(yàn)合格后，對溝槽回土填埋。兩側(cè)回填土高差不大于30cm，嚴(yán)禁單側(cè)填高。每層回填高度不大于20cm，回填料中不能有大塊碎石、磚頭、淤泥等建筑垃圾，回填土必須分層整平夯實(shí)。

2.4 頂管施工

2.4.1 停頂處置

頂管頂進(jìn)施工中，遇有特殊情況，停止頂進(jìn)施工。為防止頂管停頂時(shí)發(fā)生抱管現(xiàn)象，每停頂5h，對管外壁進(jìn)行潤滑泥漿補(bǔ)注1次，注漿自掘進(jìn)機(jī)后第1節(jié)管開始，依次向后進(jìn)行。每停頂10h開動主頂千斤1次，緩慢向前推進(jìn)100mm。

2.4.2 管道軸線偏離

頂管施工過程中頂進(jìn)姿態(tài)控制不當(dāng)，監(jiān)測方式不準(zhǔn)確，往往會造成管道軸線與原定設(shè)計(jì)軸線偏差過大，管道發(fā)生彎曲，嚴(yán)重會造成管節(jié)損壞，接口滲漏。主要采取以下處理措施。

（1）地質(zhì)原因。由于施工區(qū)地層土層軟土與硬土分布不均勻，導(dǎo)致土層承載力變化，造成作用在管壁周圍的壓力不平衡。

（2）機(jī)械原因。頂推速度過快或過慢，主頂油缸油封漏油，頂進(jìn)力不均衡；后背墻變形嚴(yán)重，頂鐵發(fā)生扭曲變形；基坑導(dǎo)軌出現(xiàn)較大偏差。

（3）頂管機(jī)選擇不當(dāng)，或人為操作不當(dāng)。

（4）使用同種規(guī)格的頂進(jìn)動力設(shè)備保持頂力與頂速相同，使頂進(jìn)姿態(tài)與管道設(shè)計(jì)軸線相一致。

（5）頂管后背是頂進(jìn)力反力的重要支撐平臺，需要對后背進(jìn)行質(zhì)量控制，反力校核，確保滿足最大頂力反力的要求。

（6）在頂進(jìn)過程中根據(jù)頂進(jìn)位移、坐標(biāo)、頂力變化繪制頂進(jìn)曲線，便于進(jìn)行糾偏控制。糾偏應(yīng)在頂進(jìn)過程中進(jìn)行。

2.4.3 地面沉降與隆起

（1）由于頂進(jìn)過程出土量過大，頂進(jìn)壓力小于上方土層壓力，土層塌陷，地面出現(xiàn)沉降現(xiàn)象；頂進(jìn)過程阻力過大，出土量過小，頂管頂部土體受向上的擠壓，則地面出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。

（2）頂進(jìn)過程擴(kuò)孔太大，管道直徑不滿足擴(kuò)孔要求，空余出來的空間沒有土體，導(dǎo)致地面出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。

（3）管土之間的注漿泥漿壓力小于土體壓力，導(dǎo)致土層塌陷，地面出現(xiàn)沉降。

2.4.4 頂力非正常變化

（1）頂進(jìn)動力設(shè)備出現(xiàn)故障，需要專業(yè)維修人員檢查排除故障。

（2）頂進(jìn)過程遇到大阻力，表現(xiàn)為卵石層，堅(jiān)硬巖石層。

（3）施工人員進(jìn)入頂管內(nèi)部采用人工挖掘方式減小阻力，施工過程中注意人員安全。

（4）頂進(jìn)施工前對頂進(jìn)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)真的檢修保養(yǎng)。

（5）停頂時(shí)間不能過久，發(fā)生故障及時(shí)排除。

3 結(jié)語

頂管施工技術(shù)在我國小中型水利工程和市政工程中發(fā)揮著巨大作用，不同的頂管工程其施工技術(shù)也大不相同。以北京大興區(qū)污水管施工為例，對施工中遇到的問題，提出了相應(yīng)的處理措施，制定施工技術(shù)方案，成功解決了工程上遇到的問題，其技術(shù)方案在一些類似工程上具有借鑒意義，可供同行參考。